精细化学品的绿色氧化合成

氧化反应广泛应用于精细化学品的合成中,对氧化过程实现绿色化可有效地减少精细化学品合成中的污染物排放,提高其原子经济性.笔者以分子氧和过氧化氢等为氧化剂,开发了可循环回收反复使用的固体催化剂、高效的均相金属卟啉和酞菁催化剂,以及无金属的环糊精催化剂体系.结果发现钌改性的铁锰尖晶石、钌改性的水滑石类催化剂和钌改性的全硅分子筛均为有效的仅使用氧气为氧化剂的高效催化剂;在以非贵金属为活性中心构筑固体催化剂方面,制备了以镍和钒为活性中心的有效催化剂体系;通过对仿生催化氧化体系的研究发现,简单的金属卟啉可有效地转化环己烷到己二酸、促进烯烃的环氧化以及由硫醚生成亚砜,金属酞菁可将对硝基甲苯氧化转化为对硝基苯甲酸;在开发无金属催化氧化体系方面,采用β-环糊精作为催化剂,成功地实现了在水中多种有机物温和条件下的催化氧化转化.因此可以认为固体催化剂和仿生催化剂均为在温和条件下可活化分子氧或过氧化氢、实现绿色氧化合成的有效催化剂.     

细胞色素模拟化合物氯化铁卟啉的密度泛函计算研究

用密度泛函B3LYP方法在STO-3G*和6-31G*水平对铁卟啉分子Fe(TPP)Cl和Fe(TPPF20)Cl进行了计算研究,对它们的量子化学参数进行了分析.两个铁卟啉分子的最高占有轨道结构相似,电子和自旋在卟啉环与Fe原子之间的转移是由于Fe-卟啉环间的π键和π键相互作用引起的.根据计算的相关数据和分子轨道特征分析了铁卟啉活性中心的性质并讨论了其催化活化分子O2的机理.     

O_2在Pd_2@Au/Pd(100)表面上分解机理研究

采用密度泛函理论,在slab模型下,研究了O2分子在Pd2@Au/Pd(100)表面上的吸附与分解.结果表明:O2分子优先吸附于Pd-Pd桥位,O-O键轴平行于表面.O2分子通过其3σg和1πu轨道向表面转移电荷,又通过其1πg轨道接受来自表面的电子,净的结果是每个O原子得到了0.22e.合金表面暴露出来的Pd二聚体团簇为催化分解O2的活性中心.O2分子在Pd2@Au/Pd(100)表面上分解时,首先需要在扩散中断裂O-O键,然后经过一系列O原子的扩散过程,达到稳定的产物结构.     

Al2O3催化下的取代β-羟基胺Schiff碱衍生物的C-C键裂解反应

探讨了中性Al2O3催化下的取代β-羟基胺Schiff碱衍生物的C—C键裂解反应,结果表明,在Al2O3存在下,由取代苯甲醛与1,2-二苯基-2-氨基乙醇形成的亚胺类化合物很容易通过逆ene反应过程发生α,β-C—C键断裂,且反应不受芳醛分子中邻位基团的影响.通过跟踪反应进程,提出了可能的反应机理.     

常温下煤与两个氧气分子吸附机理研究

应用分子轨道理论研究煤活性特征结构对两个氧气分子的吸附机理。通过计算表明煤活性特征结构对2个氧气分子的吸附能较大,氧气分子易与煤活性特征结构发生吸附作用。煤活性特征结构苯环对氧气分子的吸附位置位于苯环的正上方,而含氨基侧链对氧的吸附位置位于C—N键的正上方,且氧原子与N原子的距离较近。吸附引起的电子转移使氧分子O—O键的强度减弱,键长拉大。吸附在含氨基侧链上的氧气分子的净电荷发生了较大的改变,证明侧链对氧的吸附是一种比较强的相互作用,而且其得到的电子主要由C_(14)和N_(21)来提供,由于吸附在侧链的氧气分子的最高占据轨道得到了大量的电子,削弱了O—O键的作用,导致O—O键的键长拉长的作用比较明显。     

纤维素吡喃糖键裂解反应的理论研究

以1,4-二甲氧基吡喃葡萄糖为模型分子,采用密度泛函理论方法,在B3LYP/6-311++G**水平,对纤维素分子吡喃糖单元中各键的解离能及其裂解反应的热力学性质进行了理论研究.计算结果表明,键解离能最大的是C2、C3连接羟基的2个C—O键,且比其他键的解离能大得多,而键能最小的是C4—C5键,这与该键具有最长的C—C键长是一致的.C1位糖苷C1—O4键的解离能比C4位糖苷C4—O4键的大16.92 k J/mol.从键裂解活化自由能来看,最容易断裂的4个键分别是C4位的糖苷键、C5—C6脱羟甲基、C4—C5键断裂开环和C1位糖苷键.非常有意思的是在计算C5—O5键开环断裂时发现伴随有C1—C2键的断裂.进一步研究2个键同时断裂的结果表明,该断裂方式不仅键的解离能比键能最小的C4—C5键小11.37 k J/mol,而且裂解活化自由能比其他裂解方式小得多.因此,该裂解方式是纤维素分子裂解最容易进行的方式,裂解产生五元碳链双自由基中间体和另一吡喃糖环C4位甲酸酯.在此基础上,提出了纤维素老化降解产生CO/CO_2气体,糠醛和甲醇等信号分子的可能生成机理.     

负载型Nb2O5对异丁烯与异丁醛缩合反应催化性能

使用Hammett指示剂、吡啶吸附红外光谱(Py-IR)和微反测试等方法考察了负载型Nb2O5-TiO2/γ-Al2O3表面酸性特征和对异丁烯(IB)与异丁醛(IBA)缩合生成2,5-二甲基-2,4-己二烯(DMHD)反应的催化活性.结果表明,催化剂活性与其表面酸特征有关,催化剂表面B酸中心可能是IB与IBA缩合生成DMHD的反应活性中心,但较强的B酸中心导致产物DMHD选择性降低,L酸中心对该反应几乎不起催化作用.将TiO2引入γ-Al2O3表面后,增加了Nb2O5/γ-Al2O3催化剂表面B酸中心酸量,从而提高了催化剂的活性.     

取代金属卟啉催化剂的构效关系及催化氧化机理

设计、合成了15种取代四苯基(铁、钴、锰)卟啉仿生催化剂,并用红外光谱、紫外光谱等进行了结构表征.在温和条件下,将其用于催化氧气液相氧化对硝基甲苯制取对硝基苯甲酸.考察了各种金属卟啉催化剂的活性,发现其催化活性随着环外取代基吸电子能力的增强而增大.进一步采用量子化学半经验PM3计算法对上述金属卟啉催化剂进行了计算,与其催化活性对比,发现金属卟啉分子微观结构参数与其催化活性具有很大的相关性.从理论上阐述了金属卟啉催化剂催化活性强弱的原因.     

Fe(2/3)xNi1-xSO4-P2O5/γ-Al2O3的催化性能研究

通过Fe(2 / 3)xNi1-xSO4-P2 O5 /γ -Al2 O3催化剂对 1 -丁烯齐聚反应的催化性能研究 ,考察了催化剂Fe对 (Fe +Ni)的原子分率、焙烧温度、活性组分担载量等催化性能的影响 .结果表明 :Fe0 .5 3Ni0 .2 1SO4复合盐以P2 O5 为助剂的Fe/(Fe+Ni)值为 0 72 ,其担载量为 2 .36mmol/gγ -Al2 O3时催化剂活性最高 .催化剂的最佳活化条件为 4 50℃下非还原气流中活化 4h .     

表面活性氧物种对A-H(A=C,O,N)键活化机理的研究进展

表面吸附态活性氧物种如O~*、OH~*等对H_2O、CH_3OH、CH_4、NH_3所含O-H、C-H以及N-H键的活化有着十分重要的作用,其调控行为与催化剂的本身电子结构、氧物种的碱性以及A-H中H原子的酸性等有着非常密切的关系.通过表面吸附氧物种的修饰可以有效地控制A-H键的活化程度,从而达到调控反应的目的.利用40篇文献综述了近些年来理论科学工作者在该方面的研究成果,期望为实验工作提供有价值的理论指导依据.     

铜催化芳杂环C-H键区域选择性芳基化的研究进展

铜作为一种廉价、新型的芳环C-H键官能团化反应催化剂,近年来一直是有机化学和催化化学的研究热点和难点之一.依据参与反应的底物的不同,综述近年来文献报道的铜催化芳杂环C-H键区域选择性芳基化反应及其机理的最新研究进展.     

乙酸铁/H2O2催化氧化法由苯制备苯酚的研究

本文以β-环糊精为相转移催化剂,以过氧化氢作氧化剂,以乙酸铁为催化剂直接催化氧化苯合成苯酚.其最佳工艺条件:在pH=3、苯5 mL、H2O212 mL,相转移催化剂β-环糊精0.1 mmol时,反应时间1.5~2 h,反应温度50℃左右,乙酸铁用量3.2 mmol.     

O_4分子的稳定性研究

O4 分子一直被认为是一种潜在的新型高能密度材料 (HEDM)和推进剂 .运用线性回归法研究了O2 分子或离子中O—O键的键长、键级与键能之间的关系 ,得到了相应的线性回归方程 :EO—O=2 0 98.8- 13.0LO—O,γ =- 0 .982 4;EO—O=139.2 2 12 5 8.35lgPO—O,γ =0 .9932 ;其中EO—O表示O—O键能 (kJ/mol) ,PO—O表示O—O键级 ,LO—O则表示O—O键长 (pm) .利用回归方程估算了O3 、O3 、O3 -、O4 的O—O键能 ,讨论了O2 双聚形成O4 即2O2 (g)O4 (g)的热效应 (ΔfHm ) .计算结果表明 ,ΔfHm ≥ - 3.3kJ/mol,说明此反应在标准状况下 ,O4 分子很容易分解形成 2个分离的O2 分子     

双分子Salen金属催化剂的研究进展

双分子Salen金属配合物通过双金属活性中心的协同作用能够有效地催化多种化学反应.双金属催化剂拥有2个金属催化中心,可以同时对底物进行活化,从而加快反应速度和提高反应选择性.某些情况下,有些不能发生的新反应通过这种策略也能很好地反应.对双分子Salen金属催化剂的设计原理、最有效的合成方法作了归纳总结,并讨论了其在催化方面的应用.     

N,N′-双(N-羟乙基乙二胺基)草酰胺合二铜催化过氧化氢氧化对苯二酚的动力学研究

合成和表征了一种双核铜配合物Cu2(oxheel),并被作为过氧化物酶用于催化过氧化氢氧化对苯二酚的反应;研究了双核铜配合物催化对苯二酚氧化反应的机理,并建立了金属配合物催化对苯二酚氧化的动力学数学模型;探索了过氧化氢/催化剂摩尔比、体系温度和体系酸度对催化反应速率的影响.     

活化分子氧降解水中有机污染物的CODCr值测定

用新型仿生催化剂--四氮杂卟啉铁[FePz(dtn)4]活化分子氧降解了水中难降解有机污染物:对-硝基苯甲酸(NBA)和罗丹明B(RhB).将该催化剂固载到离子交换树脂上,在含有高浓度生物难降解有机物的水溶液中鼓入氧气,在非均相水溶液中分子氧经催化活化有效氧化降解了有机物分子.用重铬酸钾法(CODcr)测定了水溶液中的降解产物的百分含量,并用相对COD值表示催化剂活化分子氧降解有机污染物的矿化率.实验表明催化氧化降解效率与鼓氧时间成正比.在没有光照情况下鼓氧24h后对-硝基苯甲酸的矿化率为12%,罗丹明B为11%.     

Cu(Ⅱ)-胺配合物催化1,1,-联-2-萘酚氧化的循环伏安法研究

用循环伏安法研究了Cu (Ⅱ )_胺配合物的电还原性质 ,实验结果表明 :铜胺配合物可以键合O2 ,并催化O2 的还原。Cu (Ⅱ )也能与 1 1 _联_2_萘酚配合 ,但是配合物不能键合O2 ,不能催化O2 的还原。所以铜胺配合物键合并活化了O2 ,具有模拟酶的特征。     

Cu（Ⅱ）—胺配合物催化1，1′—联—2—萘酚氧化的循环伏安法研究

用循环伏安法研究了Cu(Ⅱ）－胺配合物的电还原性质，实验结果表明：铜胺配合物可以键合O2，并催化O2的还原。Cu(Ⅱ)也能与1，1′－联－2－萘酚配合，但是配合物不能键合O2，不能催化O2的还原。所以铜胺配合物键合并活化了O2，具有模拟酶的特征。     

负载型Au/Al2O3系列催化剂的研究进展

负载型金催化剂作为一种新型催化剂,它优异的催化氧化性能引起越来越多化学工作者的关注.Au/Al₂O₃是催化剂制备中大量使用的典型氧化物载体.综述了近年来以Au/Al₂O₃为载体的系列Au/Al₂O₃催化剂的制备方法、催化性能及其活性中心结构的研究状况和发展趋势,讨论的主要反应包括CO低温催化氧化为CO₂、汽车尾气净化、含卤有机化合物的消除和甲烷催化燃烧.     

氨合成铁催化剂活性中心模型及分子氮的络合活化

根据α-Fe晶格参数,表面原子的配位不饱和性,反应的动力学几何因素,络合催化原理,以及由表面原子剩余杂化轨函所组成的基函的量子化学近似计算,本文提出N_2的端基吸附不是目前一般认为的垂直吸附在(111)晶面的底端原子上,而是N_2端基吸附在(111)晶面配位较底端原子不饱和的一个表面原子上,端基吸附与(111)面斜交约20°角,同时有三个与N_2分子中心相距约2.48A的最邻近铁原子侧基络合,生成端基加三侧基ω1,μ_3(η~2)型络合物。氨合成铁催化剂活性中心,除了这样的4-Fe原子簇吸附中心外,还需要一个和吸附中心毗邻并合用二原子的4-Fe原子簇氮分子离解中心,共构成6-Fe原子簇活性中心。本文提出的活性中心模型及吸附态,解释了H_2在铁屑上及钼屑上的吸附场电子发射显微镜图象(Brill et al.,＆ Ishizaka et al.);N_2或NH_3对催化剂预处理所引起的Mossbauer谱图象改变及氨合成活性的增加(Boudart et al.);N_2在Fe上的X光光电子能谱(Kishi et al.);说明了由场离子质谱证实的N_3~ ,N_4~ 的生成机理(Schmidt);~(14)N_2-~(15)N_2在Fe,Fe-Al_2O_3-K_2O上同位素交换机理,提出N或NH的表面迁移是同位素交换决定性步骤,从而解释了在Fe,Fe-Al_2O_3-K_2O上及H_2存在下同位素的显著差异及交换动力学(Ozaki et al.)。 ω_1,μ_